Con fuente neutrones - Laboratorio Deteccion de Particulas y

Con fuente neutrones - Laboratorio Deteccion de Particulas y

Detección de neutrones térmicos mediante CCDs
1
Cristian A. Díaz , Mariano Marziali Bermúdez
2
1. Laboratorio de Sólidos Porosos, Instituto de Física Aplicada. Universidad Nacional de San Luis.
2. Laboratorio de Bajas Temperaturas, Departamento de Física, FCEyN, Universidad de Buenos Aires - Instituto de Física de Buenos Aires, CONICET
Objetivos
Caracterizar la respuesta
de un sensor CCD ante
distintos estímulos (fotones
y partículas cargadas).
Ensayo del detector
Elaborar y validar un algoritmo para identificar eventos correspondientes a la
captura de neutrones en
un film de boro próximo al
CCD.
Verificar la factibilidad de
emplear dispositivos basados en CCD + boro como
detectores de neutrones.
Detector
Moderadores
Polietileno
Parafina
Termómetro
Termocupla
Sistema de detección
Sensor CCD
Crióstato
válvula de vacío
reservorio de N2 líquido
Transductor
Fuente de neutrones
241
Am → 237Np + 4α + γ
9
Be + 4α → 12C + 1n + γ
Boro
CCD
Cada pixel funciona
como un capacitor que
acumula electrones excitados por partículas cargadas o fotones.
Blindaje
Plomo
C
B A
Pantalla de Cd
(1 mm espesor)
Sensibilidad
Aluminio
Especificidad
10
B + 1n → 7Li + 4α
La carga acumulada se
mide secuencialmente .
La partícula α cargada es
detectable por el CCD
Mediciones sin fuente de neutrones
- Radiación ambiente
- Fuente de radiación γ
Mediciones con fuente de neutrones
- Sin pantalla de cadmio
- Con pantalla de cadmio (3 posiciones)
Clasificación de eventos
Fondo de radiación natural
Validamos los eventos procesando las imágenes mediante el software ImageJ
aplicando los siguientes filtros:
trazas de alta energía → muones
trazas de baja energía → e- (por γ)
1. Filtro por intensidad → se seleccionaron los píxeles que superaban cierto umbral
de intensidad por encima del ruido.
1
2. Filtro por forma → se contaron los grupos de píxeles adyacentes que superaban
un umbral de área y circularidad (4π área / perímetro2).
Con fuente rayos γ (60Co)
T = 300 s
mayor número de trazas de baja
energía.
2
Con fuente neutrones (241Am9Be)
trazas cualitativamente distintas, de
alta energía, pero muy localizadas → α
Resultados
Conclusiones
Fondo y fuente γ
Se ven trazas de muones (rectas)
y electrones excitados por
fotones (curvas).
El algoritmo de clasificación no
confunde estas trazas con las de
α.
Fuente de neutrones
Se ven trazas de α circulares y
con áreas sobre el sensor de 1050 px2.
De una muestra de 90 eventos
por neutrones, el algoritmo
detectó el 74%.
Fuente de neutrones con pantalla de Cd
La configuración A reduce un 33% el conteo de eventos por neutrones, los cuales
corresponden a neutrones térmicos ya moderados en la fuente.
Se observaron trazas cualitativamente distintas para los distintos tipos de radiación
(muones, fotones γ y partículas α).
Mediante umbrales de intensidad, tamaño y forma de las trazas es posible discriminar
los productos de la reacción (α y Li) de otos eventos.
El algoritmo de clasificación implementado tiene alta especificidad (~100%) y una
sensibilidad del 74% con respecto a una clasificación manual.
El recuento de neutrones obtenido al interponer la placa de Cd se reduce
significativamente con respecto al recuento sin Cd.
Referencias
J. J. Blostein et al. Development of a novel neutron detection technique by using a
boron layer coating a Charge Coupled Device. JINST 10 (2015), 1006.
Las configuraciones B y C reducen un 73% el conteo por la moderación de neutrones
epitérmicos y rápidos en el polietileno.
J. Estrada et al. Plasma effect in silicon charge coupled devices (CCDs). Nuclear
Instruments and Methods in Physics Research A 665 (2011), 90.
Los γ producidos en el Cd que alcanzan el detector en la configuración C no aumentan
espúreamente el conteo.
J. Dawidowski et al. Neutron scattering lengths ans cross sections. Experimental
Methods in the Physical Sciences 44 (2013), 471.